Quá trình lắng đọng màng như vậy đã được sử dụng phổ biến trong chế tạo các chất bán dẫn truyền thống như silic hay asen gali - nền tảng của các thiết bị điện tử hiện đại - tuy nhiên, các nhà khoa học thuộc Đại học Cornell hiện đang gần đạt tới các giới hạn về độ mỏng có thể của màng. Họ đã chứng minh được một phương pháp có thể chế tạo một loại màng bán dẫn mới mà vẫn giữ nguyên được các tính chất điện ngay cả khi nó chỉ dày vài nguyên tử.

Lớp màng bằng vật liệu molypden disunfua có độ dày 3 nguyên tử được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Jiwoong Park, giáo sư hóa học và hóa sinh học, thành viên của Viện Kavli tại Cornell. Các màng này do PGS. Kibum Kang và nghiên cứu sinh Saien Xie thiết kế và phát triển. Công trình nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Nature.

“Hiệu suất điện của vật liệu của chúng tôi có thể so sánh với hiệu suất của các vật liệu được chế tạo từ các đơn tinh thể molypden disunfua đã được báo cáo, nhưng thay vì một tinh thể nhỏ bé, ở đây chúng tôi đã tạo ra được các tấm wafer có kích cỡ 4 inch”, Parl cho biết.

Molypden disunfua là vật liệu thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới do các tính chất điện tuyệt vời của nó. Trước đây vật liệu này chỉ được phát triển rời rạc, do đó việc tạo ra các tấm mịn, phẳng, siêu mỏng như tờ giấy là mục tiêu cơ bản nhằm hướng đến phát triển các thiết bị thực tế, Park cho biết.

Để thu được các kết quả này, các nhà nghiên cứu đã thay đổi các điều kiện phát triển màng bằng  cách sử dụng kỹ thuật ngưng đọng hơi hóa học hữu cơ bằng kim loại (MOCVD). Đây là kỹ thuật đã được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp, nhưng với các loại vật liệu khác, nó bắt đầu từ một tiền chất dạng bột, tạo thành một loại khí và “rắc” các nguyên tử đơn lên trên một lớp chất nền, mỗi lần một lớp.

Nhóm nghiên cứu của Park đã tối ưu hóa một cách hệ thống công nghệ này để tạo ra các màng mỏng, thay đổi các điều kiện và nhiệt độ khác với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Họ phát hiện ra rằng các tinh thể của họ phát triển đan xen với nhau một cách hoàn hảo, nhưng chỉ với một ít hydro và trong điều kiện hoàn toàn khô. Bên cạnh các công nghệ chụp ảnh quang học tiên tiến, các nhà nghiên cứu do Giáo sư vật lý kỹ thuật và ứng dụng David Muller, Giám đốc Viện Kavli tại Cornell dẫn dắt, đã kiểm tra và mô tả đặc điểm chất lượng của các màng này bằng kính hiển vị điện tử truyền qua khi chúng phát triển.

Nhóm nghiên cứu cũng chứng minh được hiệu quả của màng khi xếp các lớp xen kẽ nhau với chất dioxit silic và sử dụng kỹ thuật in ảnh litô tiêu chuẩn. Điều này cho thấy các màng bán dẫn có độ dày 3 nguyên tử này có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị điện tử siêu mỏng đa mức.

Chế tạo màng bằng phương pháp MOCVD dường như có tính phổ quát. Các nhà nghiên cứu cho thấy khả năng thay đổi dễ dàng tiền chất để tạo ra các màng khác; ví dụ, họ cũng phát triển màng vonfram disulfit với các tính chất điện và màu sắc khác nhau. Nhóm nghiên cứu đã hình dung ra việc hoàn thiện quy trình xử lý để chế tạo được tất cả các loại màng, giống như một tập giấy màu, để từ đó, có thể chế tạo các thiết bị điện tử và quang điện tử.

“Những vật liệu này chỉ là hai loại vật liệu đầu tiên, chúng tôi mong muốn có thể tạo ra toàn bộ bảng màu của vật liệu”, Park cho biết.